工作面直接堵漏注浆治水技术在含水石英砂岩中的推广与应用

工作面直接堵漏注浆治水技术在含水石英砂岩中的推广与应用

司书波

临沂矿业集团有限公司凤凰山铁矿筹建处司书波

摘要：立井施工在穿过厚层破碎含水石英砂岩时，钻孔难度大，费时长，存在喷砂、喷泥现象，常规注浆方法升压快、进浆量小，效果得不到保证，对此类地层治水办法对带水强过后壁后注浆、工作面预注浆、工作面直接堵漏注浆进行全面技术、经济对比分析，决定推广工作面直接堵漏注浆治水方法。此方法具有施工周期短且技术工艺简单的特点，对复杂地质及水文地质条件下立井快速施工具有良好的效果。

关键词：厚层含水层；破碎石英砂岩；伞钻；岩帽；注浆

一、工程概况

凤凰山铁矿副井井净直径Φ7.5m，井深1222m，施工到195m处泥灰岩段出现涌水，涌水量40m3/h，施工到231m处石英砂岩时，涌水量增大到56.8m3/h，经井壁壁后注浆，井筒涌水量减少到8.2m3/h。

石英砂岩段起止深度216-274m，岩层厚度58m，岩层总体走向为北北东，倾向东；岩石坚硬，粒状结构，块状构造，岩体破碎，工程地质条件差；节理裂隙发育，裂面不平直，黄色钙质薄膜充填，透水性好，通过察看井检孔岩芯岩性、井检孔地质柱状图和相邻井筒揭露的水文地质条件，综合分析：副井231m-274m段含水石英砂岩段，预测井筒涌水量在100m3/h。

二、石英砂岩段治水方案的比较与选择

1、工作面预注浆

优点：①常规的治水办法，具有成熟的经验；②对深井基岩多层含水层注浆具有针对性，比较地面预注浆、冻结法可少打钻，缩短施工期，节约成本；

缺点：①坚硬的或破碎的岩性打钻速度慢，容易发生孔内事故，工期长；②对高角度裂隙或裂隙连通性差的地层，需多布孔，造孔工程量大；③钻孔与掘砌转换工期多，造成矿建窝工；④需施工止浆垫工作台。

2、工作面直接堵漏注浆

优点：①工艺简单，使用正常伞钻造孔，注浆使用吊盘注浆机；②不施工止浆垫，节约时间和成本；③矿建工人发现炮眼涌水，直接注浆堵水，不发生工序转换与窝工；④工作面可多打孔，打眼时间短，孔径小、耐高压、见效快。

缺点：①工作面易发生跑浆；②出现涌水量大，砸管不及时，井筒排水泵量小，易发生淹井。

3、不治水强行掘砌，成井后壁后注浆

鉴于壁后注浆经验，采用先强过后治水方案，涌水量大，工作条件差，具有不安全因素，进度缓慢，10-20m/月，混凝土质量得不到保障，麻面多，壁后注浆上下提升吊盘拆风水管路、打孔、复注，工序复杂，占用人员多，劳动强度大，注浆周期长，材料浪费严重，井壁承担侧压力大，存在多个隐患。

4、冻结法施工

井筒已施工到231m，井下空间小，不利于冻结孔施工，冻结管路布设困难，不适合局部冻结，未提前建设冻结站，需要的准备期长，施工费用高。本井筒石英砂岩的特点是岩石坚硬，潜孔钻机造孔每小班（8h）进尺15-25m，且时常发生砂粒岩粉埋钻事故；裂隙不联通，裂隙内含细沙，阻碍浆液的扩散，注入量少、升压快。鉴于以上条件，该地层需多打孔，注浆使用高压力，故选择方案

2工作面直接堵漏注浆。

三、注浆流程

钻孔工序施工按施工顺序进行钻孔，后序钻孔兼做探水孔。注浆工作台设在下层吊盘，下完注浆管一切正常后开始压水、注浆，浆液浓度按从稀到浓的原则，时刻注意压力表读数变化，达到设计终压后，持续20-30min后可停止注浆。每次注浆段高为6m，为保证下序注浆有足够岩帽，每次放炮段高控制在3.5m以内；下循环施工依据探水结果决定施工方式，若12个6m深探水孔无涌水，则可直接进行小段高放炮作业，若探孔内有涌水，则先进行炮孔预注浆施工，后进行小段高放炮掘进。

四、注浆施工

钻注施工应逐一进行，以防注浆时两孔窜浆降低注浆工效；开始时先注水20min以上，而后进行单液注浆，当吸浆量大、压力不上升、浆液注入量大于10m3时，采用间歇注浆或停止注浆，待注浆结束16h后，用φ32mm钻头再进行扫孔复注，直至钻孔达到设计注浆结束标准。最后应根据各孔注浆的效果，决定是否需要增加探水注浆孔。

五、注浆结束标准

1）各注浆孔的注浆压力达到终压，浆液注入量小于30-40L/min，稳定时间：单液水泥浆20-30min，水泥-水玻璃双液浆10min，可结束该孔的注浆工作；

2）各注浆孔的涌水已封堵、无喷水，且其涌水量小于施工设计规定。。

六、钻注过程中出现的问题及处理办法

1、工作面发生跑浆：降低注浆压力，采用小流量注浆，同时加大浆液浓度，配加水玻璃，加快浆液凝结。若上述措施效果不显著，则进行间歇注浆。

2、注浆孔数确定：初期按设计施工，一序孔注浆结束后，后序孔双号孔涌水量减量转少的情况下需加密注浆孔数，直到探孔内涌水量小于正常井筒掘砌施工要求。

3、注浆孔孔径小且涌水含泥沙处理：先用高压风冲洗孔底，用清水冲洗，直至返清为止，若涌砂量大，时间长，则采取加注浆孔，在相邻孔采取置换注浆办法。

4、细小裂隙、涌水量少、进浆量少采取措施：采用高于静水压2Mpa压力进行30-60min压水，后采用低浓度低流速的超细水泥进行注浆。

5、注浆异常处理：注浆中断时，必须对中断的孔扫孔并进行复注，发现串浆立即采取措施，将串浆孔上高压球阀关闭，待注浆孔注浆结束后，对串浆孔进行扫孔、冲洗。大量吃浆时，采用降低注浆压力、限制进浆量、加大注浆浓度、间歇注浆、水泥-水玻璃双液浆等。

6、井壁观察：当注浆压力升高时，注意空帮井壁、永久井壁及岩帽变化，特别预防空帮井壁掉块事故。

7、岩帽漏浆处理：孔口管外壁与止浆岩帽的环形空间有漏水现象时，除用绵纱、道钉堵塞或用水泥-水玻璃塑胶泥糊堵外，还可用注浆法进行加固和补强。

七、结束语

1、工作面直接堵漏注浆，可利用伞钻、炮孔及掘进的现有设施，及时的下管注浆，实现钻孔注浆、爆破、出矸、砌碹一个大的循环系统，即在原有的循环工序内加入一次打孔注浆程序，纳入正规循环作业系统，便于施工管理。注浆与掘砌的工序转换，伞钻打孔，造孔时间短，每孔约1-2h，注浆约1-4h，每次段高6m，钻注工期约1天（无水钻孔不注浆，若连续2孔无水，则中间不造孔），探砌约1天，钻注结束后，直接用伞钻打炮眼，连续进行矿建施工，本段57m石英砂岩成井用时30天，每月成井50-60m。

2、对于硬岩含水层、喷砂喷泥含水层，工作面钻机造孔难度大，而需要钻孔数量多的地层，适合小孔径伞钻打眼注浆，可节省造孔时间。

3、对弱含水、裂隙不连通地层，往往几个探水钻孔打不到裂隙上未见涌水，当井筒爆破后出现涌水，采用伞钻钻眼，钻孔速度快，可多打眼，全面揭露含水层，同时钻孔，无水则作为炮孔，有水则作为注浆孔，有效地防止淹井事故。

4、工作面直接堵漏注浆，对工作面直接跑浆的处理和增大段高注浆虽然取得了一定经验，但还需进一步探讨、寻求加大注浆段高及高压注浆条件下，减少工作面跑浆的措施。

5、对单层厚度大、高角度裂隙发育、涌水量大的含水层，工作面直接堵漏注浆，存在一定风险，还需有待理论探讨和试验。

参考文献：

[1]中国有色工业协会.GB50653-2011《有色金属矿山井巷工程施工规范》.中国计划出版社

[2]崔云龙.《简明建井工程手册》.煤炭工业出版社

[3]北京建井研究所.《立井井筒施工技术》.煤炭工业出版社

作者简介：

司书波（1986-），男，2009年毕业于内蒙科技大学采矿工程专业，本科学历，助理工程师，现任凤凰山铁矿工程技术科副科长，从事技术管理工作。